万能工具显微镜外形尺寸设计3.ppt

《工程光学》课程设计 万能工具显微镜外形尺寸设计 王洋 一、简介 万能工具显微镜用以瞄准工件。属于瞄准定位系统，因此系统的总放大率由瞄准精度来决定。 二、系统设计要求 瞄准精度(一次瞄准的最大允许误差) 为 二、系统设计要求 三、物镜、目镜放大率的分配及确定 放大率的分配原则： 物镜所观测的工件沿光轴方向有一定深度，为使工作时，镜筒端部与工件不致相碰，要求物镜有较大的工作距离；为使总的共扼距不致太长，物镜倍率不宜过大。 目镜倍率可以适当取大一些，但也不能太大，因为目镜距太短，会使分划板的粗糙度要求过高而造成求加工困难。 三、物镜、目镜放大率的分配及确定 鉴于口前国内外通用的目镜的放大率为 ，所以本设计的目镜放大率采用 。 四、物镜数值孔径的确定 数值孔径与系统总体放大率关系 五、物方线视场的确定 视场的大小根据使用要求而定，并要考虑校正像差的可能性。 例如，对3× 物镜，要求能看到φ6mm 的圆柱，因此取物方线视场为7mm，其相应的视场光阑直径为21mm。 对于不同倍率的物镜，采用视场光阑的直径是统一的，因此，不同倍率的物方线视场大小不同。 六、物镜的工作距离和焦距 本设计选择物镜的工作距离为76cm，根据薄透镜的计算公式可以得到 主要作用： 正象作用，又可使出射光轴和水平线倾斜45度。 八、斯米特屋脊棱镜尺寸计算 首先确定决定棱镜口径的光线倾角a 八、斯米特屋脊棱镜尺寸计算 确定了棱镜的通光口径后，查阅光学仪器设计手册，确定斯米特屋脊棱镜的结构尺寸。 八、斯米特屋脊棱镜尺寸计算 斯米特屋脊棱镜尺寸结构图 八、斯米特屋脊棱镜尺寸计算 由于加入了棱镜，使象面产生了轴向位移。 九、目镜结构参数计算 九、目镜结构参数计算 九、目镜结构参数计算 九、目镜结构参数计算 九、目镜结构参数计算 十、主显微镜照明系统的设计 均匀照明被测物体。 照明象方孔径角应满足物镜的数值孔径。 使眼睛得到适于观察的主观亮度。 当测量工作面上下变动，使物镜与聚光镜之间的距离发生改变时，应仍满足以上条件。 十、主显微镜照明系统的设计 图1 主显微镜照明系统示意图 十、主显微镜照明系统的设计 采用灯泡为6V30W，灯丝面积为2× 2mm2 。灯丝经集光镜成象在可变孔径光阑处，灯丝象的大小应充满可变孔径光阑的最大直径。 在孔径光阑处放一块磨砂玻璃，使灯丝发出的光以漫射光进入聚光镜。 孔径光阑应放在聚光镜的物方焦平面处，其经聚光镜后，出瞳位于无穷远处。 入瞳的大小应等于或小于光源发光面的几何尺寸。 本设计采用的是固定视场光阑，因此把集光镜框子作为视场光阑。 十、主显微镜照明系统的设计 图2 照明系统的光路图 十、主显微镜照明系统的设计 十、主显微镜照明系统的设计 十一、设计完成图纸形式 十二、图纸要求 2号图 制图方式 * * 瞄准方式及相应的眼睛瞄准度 瞄准方式为：米字形虚线瞄 眼睛瞄准度： 系统总体放大率 由目镜的放大率及总体放大率确定物镜的放大率为： ，同时也满足了物镜放大率的要求。 代入数值得，NA=0.09。 由NA=nsinu，得u=0.09rad 七、物镜的通光口径D物和孔径光阑直径D孔 1.物镜 2.孔径光阑 3.由斯米特棱镜展开的空气平板 4.分划板 5.场镜 6.目镜接目镜 7.出瞳 k—为棱镜出射面至视场光阑的距离， k＝30mm 八、斯米特屋脊棱镜尺寸计算 在棱镜的通光口径D棱 考虑安装余量，取D棱＝21mm 物镜的实际共轭距为： 目镜焦距为 目镜型式为肯涅尔目镜，其物方截距p约为 向场镜的通光直径 计算公式如下 因此 肯涅尔目镜的向场镜的焦距为 向场镜与接目镜之间的距离q为 由第七节中的图得知，接目镜的口径 被经过B 点的轴外光线所限制，该光线与光轴的交点C到向场镜 的距离 由图中几何关系求出 故 利用高斯公式得 接目镜的口径 接目镜的焦距 由组合光组焦距公式可求出 故 目镜的视场角 由下式求得 镜目距t为 式中， 为出瞳直径 照明系统设计的要求： 照明系统采用象方远心柯拉照明系统，系统各元件及位置有以下配合关系： 聚光镜参数计算 聚光镜的口径 聚光镜的焦距 由图2中的几何关系可求出可变孔径光阑的直径 经1x 、5x 物镜验算后，应取 集光镜参数的计算 设共轭距 灯丝高度 根据几何光学的知识，得以下方程 *